giovedì 5 settembre 2013

Mattia, facci un bel post che poi ci introduciamo altri concetti...


E' stato questo l'incipit, del mio amico virtuale Sandro Della Penna, a questo post.

Da una discussione Sandro chiede, come si capisce dall'immagine sopra, un modo semplice per spiegare ai "non chimici" i concetti di cinetica chimica e della termodinamica. Detto fatto, mi sono messo a scrivere questo nuovo post che, per adesso, cerca di spiegare ai non chimici i concetti base della cinetica chimica, capisco che per gli addetti ai lavori, e per chi con la chimica "ci lavora" possono risultare banalizzazioni eccessive e potrei essere tacciato di eccessiva semplificazione, ma credetemi, l'esperienza di "ripetitore" agli alunni delle scuole superiori, mi ha fatto incontrare molti ragazzi, alcuni molto bravi e perspicaci, dove il problema era un loro cattivo, o non, studio; altri davvero in difficoltà con l'astrazione scientifica che è necessaria per immaginarsi questi concetti. Nel post seguente troverete parti di testo colorate in azzurro, sono le parti di teoria che tanto stanno care agli addetti ai lavori, altre parti colorate di rosso, sono le parti che io propongo come esempio per spiegare i concetti teorici.

Poste le necessarie precisazioni iniziali, ed anticipate le scuse se troppo ho osato, passiamo subito all'argomento vero e proprio del post!

Iniziamo col capire di cosa parliamo dando una definizione semplice che ho mutuato da wikipedia:
La cinetica chimica è quel ramo della chimica che studia la velocità con cui avviene una reazione chimica e tutti i fattori in grado di influenzarla. Il suo campo di studio si estende anche ai meccanismi implicati nella formazione dei prodotti finali.
 Ora, prima di iniziare chiariamo alcuni concetti base che userò nella trattazione:


e di seguito il "cilindro"




1. Come avviene una reazione?

Affinché avvenga una reazione chimica è necessario che i reagenti possiedano un livello minimo di energia definita energia di attivazione.

Se io la chiave la appoggio solo sulla apertura che è posta sul cilindro della porta, e non la spingo energicamente al suo interno, bhe… non succede proprio nulla e la porta ahinoi non si aprirà mai.

Una volta che i due reagenti si sono incontrati, avviene la formazione di un prodotto intermedio caratterizzato da elevata energia potenziale e definito "complesso attivato".

Una volta che la chiave è inserita nel cilindro della serratura, essi formano un tutt’uno grazie alla loro complementarietà.

Quindi, i nuovi deboli legami chimici appena formatisi nel “complesso attivato” subiscono un ri-arrangiamento definitivo formando i prodotti di reazione finali.


Una volta che la chiave è correttamente inserita nel cilindro e questi si incontrano in tutti i punti, basta farli girare, tipicamente in sento antiorario, e la serratura si sblocca e la porta si apre!

2. Che cosa è la velocità di reazione?

Per velocità di reazione, si intende il tempo che impiegano dei reagenti per trasformarsi in prodotti, tale proprietà viene misurata in ambito detto Cinetica chimica, ovvero quel ramo della chimica che studia la velocità con cui avviene una reazione chimica e tutti i fattori in grado di influenzarla. Il suo campo di studio si estende anche ai meccanismi implicati nella formazione dei prodotti finali.

La velocità di reazione non è nient’altro che la velocità con cui una persona riesce ad aprire la propria porta con la chiave giusta.

3. Da che cosa può essere influenzata la velocità di reazione?

I fattori in grado di influenzare la velocità di reazione possono sommariamente così elencarsi:

1. Natura dei reagenti: siccome in una reazione chimica si rompono dei legami e se ne formano di nuovi, la velocità dipende dalla forza di legame esistente.

2. Superficie di contatto: all'aumentare della superficie di contatto aumenta la velocità di reazione.

3. Concentrazione dei reagenti: la velocità aumenta all'aumentare della concentrazione. L'equazione che mette in relazione velocità di reazione con concentrazione dei reagenti è detta legge cinetica.

4. Temperatura: all'aumentare/diminuire della temperatura aumenta/diminuisce la velocità di reazione, mediamente di 2 volte ogni 10 °C di temperatura.

5. Presenza di catalizzatori: molte reazioni avvengono molto lentamente se non catalizzate da sostanze inorganiche (catalizzatori) o organiche (enzimi).

Per quanto attiene alla nostra serratura… la velocità di apertura di una porta dipende da…

1. Se io avessi una chiave di vetro (abbastanza fragile) ed un cilindro di diamante (moooolto duro) capite bene che dovrei stare mooooolto attento affinché la chiave non si rompa nella toppa e quindi dovrò procedere molto lentamente nell'operazione di aprire la serratura;

2.  Avete mai provato ad inserire solo un pezzettino di chiave nel cilindro? Alcune serrature (ad esempio quelle per la bicicletta un pochino scadenti…) anche se non inserite tutta la chiave ma ne lasciate fuori qualche millimetro, comunque riuscite ad aprire la serratura, ma capirete bene che sì, la serratura si apre ugualmente, ma implicheremo più tempo, e di sicuro non sarà veloce come se noi dovessimo inserirla correttamente facendo combaciare tutti gli incavi della chiave con i “dentini” della serratura;

3.  Sapete che caratteristica hanno le chiavi passpartout? Sono ricchissime di incavi, in modo che qualsiasi “dentino” del cilindro incontrino riesco ad agganciarsi per aprire la serratura, pertanto se io ho una chiave ricchissima di incavi riuscirò ad aprire una serratura molto più velocemente e facendo anche meno attenzione, in qualsiasi posizione la inserisco, la probabilità che si incontri un incavo con un “dentino” è molto alta;

4.  Vi sarà capitato almeno una volta di dover aprire il cancello di casa in inverno… quando ho la serratura ghiacciata, la chiave fatica ad entrare e l’operazione di apertura della serratura è irrimediabilmente lenta od impossibile. Per velocizzare il tutto, prendo un accendino, scaldo la serratura, la sghiaccio et voilà il cancellino si apre! Idem per l’estate, ma in maniera contraria, con il caldo il metallo della serratura si deforma espandendosi, ecco che quindi lo raffreddo con del ghiaccio spray e lo faccio “ritirare”, il risultato è che in un men che non si dica apro la mia serratura

5. Quando la serratura in questione è parecchio datata, per facilitare la sua apertura posso spruzzare un lubrificante spray al suo interno, il lubrificante non partecipa al meccanismo di apertura ma lo facilita facendo scivolare la chiave al l’interno del cilindro.

Spero di aver fatto un buon lavoro e di aver apportato un buon contributo, ripeto, chiedo scusa a chiunque si senta "offeso" dall'eccessiva banalizzazione dei concetti,
mi ripeto, il post è dedicato a chi la chimica la guarda dal buco della SERRATURA,  se avete commenti da lasciare o altro, fate pure... LA PORTA E' SEMPRE APERTA!!!!

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